CC BY
1
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.7.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-435-436
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ БРОНЗОВОЙ ЗАГОТОВКИ
И СФЕРИЧЕСКОЙ ОПОРЫ
Е.М. Кузьмина, Е.В. Беликова, А.Г. Вяткин, Н.В. Зенкин
Приведены результаты исследования упругой деформации, возникающей на стыке поверхности заготовки и установочных элементов приспособления. В качестве материала заготовки был взят бронзовый сплав марки БрАЖ 9-4. Установочными элементами приспособления, используемыми в эксперименте, являются опоры со сферической поверхностью. Был проведен двухфакторный эксперимент, в результате которого путем регрессионного анализа получено расчетное уравнение коэффициента С и значение показателя степени n, определяющие величину упругой деформации.
Ключевые слова: упругие деформации, двухфакторный эксперимент, установочные элементы, бронзовый сплав, сферические опоры, твёрдость, радиус.
В машиностроительном производстве важно обеспечить точность изготовления деталей. На точность изготовления деталей при обработке влияет погрешность установки, которая включает в себя погрешность базирования, погрешность, вызванную силами закрепления, и погрешность станочного приспособления. При этом погрешность, вызванная силами закрепления, зависит от упругих деформаций, возникающих на стыке поверхности заготовки и установочных элементов приспособления. В свою очередь на значение упругих деформаций влияют такие факторы, как твердость заготовки, вид установочных элементов, сила закрепления детали. Таким образом, на основе эксперимента и дальнейшего анализа его результатов можно выявить характер влияния и зависимость этих факторов для последующего применения при разработке технологического процесса.
Погрешность, вызванная силами закрепления £закр, как одна из составляющих погрешности установки изделия, напрямую зависит от упругих деформаций, возникающих в месте контакта базовой поверхности заготовки и установочных элементов приспособления [1]. Известно, что величину упругой деформации вычисляют по формуле:
у = CQn, мм (1)
где C - коэффициент, учитывающий вид контакта, материал и состояние базовой поверхности заготовки, зависящее от твердости материала заготовки и её шероховатости; Q - сила закрепления, Н; n - показатель степени, обычно меньший единицы.
В [2] приведены формулы для расчета коэффициента C и значения показателя степени n при установке заготовок на опоры со сферической поверхностью для материалов: сталь и чугун:
для стали
6,23
С = 0,6 - 0,003HB +——, мм, при п = 0,8, (2)
R
для чугуна
9 23
С = 2,7 - 0,008HB+^—, мм, при п = 0,6, (3)
R
где HB - твердость материала заготовки по Бринеллю, МПа; R - радиус сферической опоры, мм.
Сталь и чугун являются основными материалами, применяемыми в производстве деталей. Но и для других материалов и сплавов целесообразно проведение исследования для получения значений коэффициента C и показателя степени n для расчета погрешности, вызванной силами закрепления деталей [3].
Так как в производстве активно используют бронзу, а данных для расчета упругих деформаций данного материала в известной литературе не представлено, было принято решение в качестве заготовки взять бронзовый сплав марки БрАЖ 9-4 (химический состав: медь - 85 %, алюминий - 9 %, железо - 4 %).
В ходе планирования эксперимента было решено определять влияние на величину упругих деформаций, таких факторов, как твердость заготовки и радиус сферических опор приспособления [1].
Установочным элементами являлись сферические опоры радиусом R=10 мм и R=16 мм, изготовленными из инструментальной углеродистой стали У9, конструкцией, представленной на рис. 1 [4, 5].
Всего было изготовлено 6 заготовок, 3 из которых были подвергнуты термической обработке, а другие 3 не подвергались термической обработке.
Твердость заготовок измеряли твердомером ИТВ-5-АМ по шкале Виккерса (ГОСТ 2999-75, ISO 6507) [6]. По итогам измерения твердости были приняты средние значения для каждой из групп заготовок: HV - 240 и HV - 192.
В ходе исследования была установлена зависимость величины перемещения заготовок от усилия (рис. 2). Измерения перемещений производились при изменяющейся нагрузке Q от 50 до 2000 Н. При этом для каждого опыта было проведено по 3 дублирующих эксперимента.
Я
ФО
// / / /
Рис. 1. Конструкция установочного элемента приспособления - сферическая опора
(сферические опоры); 3 - корпус приспособления
Для проведения испытаний использовалась электромеханическая разрывная испытательная универсальная машина ИР 5092-100.
В результате проведения двухфакторного эксперимента, где в качестве факторов были взяты твердость заготовки и радиус сферических опор, были получены кривые (рис. 3), показывающих зависимость между нагрузкой, прикладываемой к заготовке, и соответствующим значением величины перемещения подвижной опоры.
Рис. 3. График зависимости перемещения/деформации от усилия
436
Технология машиностроения
Обработка результатов эксперимента проводилась на основе методики регрессионного анализа и включала следующие этапы [7]:
1. Расчет среднего арифметического значения.
2. Расчет среднеквадратичного отклонения.
3. Проверка гипотезы однородности опытов.
4. Расчет коэффициентов уравнения регрессии.
5. Получение уравнения регрессии в нормализованном масштабе.
6. Проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии
7. Получение уравнения регрессии в натуральном масштабе.
На основе обработки результатов эксперимента было получено следующее уравнение регрессии в нормализованном масштабе:
у = 0,069 - 0,003х1(ИУ) - 0,0015х2(й) + 0,0055х1 • х2(ИУ,й). (4)
Далее был выполнен перевод уравнения из нормализованного масштаба в натуральный.
Для этого были использованы формулы перехода [8]:
* = , (5)
где х; - нормированное значение г'-го переменного фактора; Х1 - натуральное значение г'-го переменного фактора; Х° - основной уровень г'-го переменного фактора; Д; - интервал варьирования г'-го переменного фактора.
После выполнения действий перехода уравнение регрессии в натуральном масштабе выглядит следующим
образом:
у = 0,315 - 0,0011ИУ - 0,017й + 0,000076ИУ • й. (6)
Далее на основе аппроксимации было найдено экспериментальное значение коэффициента п. На рис. 4 показан график аппроксимации значений, полученных при измерении графической зависимости между прилагаемой к заготовке силы, и соответствующего значения величины деформации поверхности этой заготовки.
V O.OOOGi*
О 500 1000 1УЮ ?000 3500
Рис. 4. График аппроксимации
Исходя из графика можно сделать вывод, что экспериментальный коэффициент n можно принять равным 0,77 для расчета упругих деформаций в местах контакта поверхности бронзовой заготовки и сферических опор.
Анализируя полученные в ходе исследования результаты, можно сделать вывод, что повышение твердости заготовки, также, как и увеличение радиуса сферических опор, оказывает положительное влияние на величину упругих деформаций. В [1] видна похожая ситуация, однако совместное влияние этих факторов увеличивает упругие деформации, возникающие на стыке поверхности заготовки и установочного элемента приспособления. Формулу для расчета коэффициента С и показателя степени n можно использовать на практике для расчета возникающих упругих деформаций при использовании заготовки из бронзового сплава и установке её на сферические опоры приспособления.
Список литературы
1. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений. М.: Машиностроение, 1983. С. 17-25.
2. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1986.
С. 19-53.
3. Проектирование технологических процессов машиностроительных производств / В.А. Тимирязев, А.Г. Схиртладзе, Н.П. Солнышкин, С.И. Дмитриев. Санкт-Петербург: Лань, 2022. 384 с.
4. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. Т. 1 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984. 592 с.
5. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. Т. 2 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского, 1984. 656 с.
6. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. М.: Издательство стандартов, 1987. 31 с.
7. Реброва И.А. Планирование эксперимента. Омск: СибАДИ, 2010. С. 68-81.
8. Ушаков Л.С., Рябчук С.А., Котылев Ю.Е. Активный факторный эксперимент. Математическое планирование, организация и статистический анализ результатов: учеб. пособие. Орел: ОрелГТУ, 2002. 39 с.
Кузьмина Елизавета Михайловна, ассистент, miss. liza2508@yandex. ru, Россия, Калуга Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Беликова Екатерина Викторовна, инженер-технолог-программист, kate. belickowa@smail. com, Россия, Калуга, ПАО «Калужский турбинный завод»,
Вяткин Андрей Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Зенкин Николай Васильевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана
EXPERMENTAL DETERMINATION OF ELASTIC DEFORMATIONS OF A BRONZE BILLET AND A SPHERICAL
SUPPORT
E.M. Kuzmina, E.V. Belikova, A.G. Vyatkin, N.V. Zenkin
The article presents the results of the study of elastic deformation occurring at the junction of the workpiece surface and the mounting elements of the fixture. The workpiece material was bronze alloy grade BrAZh 9-4. The mounting elements of the fixture used in the experiment are supports with a spherical surface. A two-factor experiment was conducted, as a result of which, by means of regression analysis, a calculation equation for the coefficient C and the value of the exponent n were obtained, determining the magnitude of elastic deformation.
Key words: elastic deformations, two-factor experiment, mounting elements, bronze alloy, spherical supports, hardness, radius.
Kuzmina Elizaveta Mikhailovna, assistant, miss. liza2508@yandex. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Belikova Ekaterina Viktorovna, kate. belickowa@gmail. com, Russia, Kaluga, PJSC Kaluga Turbine Works,
Vyatkin Andrey Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Zenkin Nikolay Vasilyevich, candidate of technical sciences, docent, zenkin-nv@bmstu. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
УДК 621
Б01: 10.24412/2071 -6168-2024-7-438-439
СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ АРМАТУРЫ ДЛЯ ГАЗООБРАЗНОГО ВОДОРОДА
С.Л. Горобченко, Д.А. Ковалёв, С.А. Войнаш, С.А. Мешков, И.В. Наседкин
Статья дает детальное представление о состоянии и путях развития арматуры для газообразного водорода. Проведен анализ современных тенденций развития потребления водорода и разработанных на их основе требований к арматуре для газообразного водорода. Основными надсистемными требованиями выбраны требования, идущие от потребностей водородной энергетики и нефте-газопереработки, а ближайшими системами, использующими арматуру - водородопроводы и АСУТП. Показаны современные решения в области водородной арматуры.
Ключевые слова: газообразный водород, выбор арматуры, современные требования.
Уже заметно, что в XXI веке водород станет одним из главных мировых источников альтернативного топлива. Он уже давно используется во множестве процессов металлургии, энергетики, химии и нефтехимии. Для реализации программ успешного промышленного использования водорода необходимо решить важную проблему уточнения применения и выбора арматуры для водородных установок. Для этих целей в статье ставится задача системно проанализировать вопросы применения арматуры в основных схемах химии и энергетики, а также основных влияющих системах - АСУ и водородопроводах - и определить основные требования, которым должна удовлетворять арматура для водорода. Основные рассматриваемые наднадсистемы - химическая и энергетики, основные надсистемы -водородопроводы и АСУТП, в которые входит водородная арматура, рис .1. [1].
Применение водорода. Водород используется в промышленных процессах:
- В энергетике: в качестве экологичного топлива, для охлаждения турбогенераторов в электроэнергетике благодаря высокой проникаемости и хорошей теплопроводности.
- В металлургии для получения чистых металлов благодаря тому, что восстанавливающей способности водорода, и притягиванию к себе атомов кислорода из оксидов металлов. Например, при производстве вольфрама, молибдена, меди и армко железа применение водорода обязательно.
438
